CN214069676U - 一种集成型智能开关的无线供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集成型智能开关的无线供电系统，包括用于与母线一次侧三相分别相连的三相变压器、输出整流电路、传输电路以及与智能电网设备供电接口相连的输出接口；其中，三相变压器副边通过所述传输电路与输出整流电路输入端相连，输出整流电路输出端连接输出接口。本实用新型从一次侧利用三相变压器从三相母线上取电，避免了导致母线三相不平衡，此外一次侧母线电压稳定，取电的电能质量高。

Description

一种集成型智能开关的无线供电系统

技术领域

本实用新型涉及一种集成型智能开关的无线供电系统，属于一二次深度融合高压智能开关技术领域。

背景技术

国内外目前从母线上取能的方式主要有利用电流互感器(CT)或电容分压器从母线上取能。母线电流取能供电方式是利用电磁感应原理，通过取能线圈从高压母线或线路上感应交流电压，然后经过整流、滤波、稳压后为高压侧电子电路供电。电容电流取能供电是利用电容分压器从高压母线的电场中取能供电的，由于一次电压相对电流来说比较稳定，所以此方案的电源输出也较稳定，但是设计该方法面临着比母线电流取能供电更大的困难。首先是如何保证取能电路和后续工作电路之间的电气隔离问题，这要求严格的过电压防护和电磁兼容设计。

激光供电主要是采用激光或其它光源从低电位侧借助光纤将光能量传送到高电位侧，再由光电转换器件将光能量转换为电能量，经过DC-DC变换后提供稳定的电源输出。这种供电方式比较新颖，其突出优点是完全实现高、低压间的电气隔离，从而不受电磁干扰的影响，提高了稳定性。但其设计的难点在于激光的发光波长及输出功率都受温度影响，受激光输出功率的限制，以及是光电转换效率的影响，该方法提供的能量有限，而且制作成本高，目前激光供能很难实用化。

综上所述，激光供电目前难以实现；而母线电流取能由于一次电流不稳定，导致供电质量下降；而电容分压取电中强电与弱电电源并未隔离分开，不仅会引起电气干扰，而且容易造成对二次电源系统造成无法逆转的伤害

此外，由于目前二次供电主要是通过三相电源中的一路取电，这样还会造成三相不平衡。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种集成型智能开关的无线供电系统，用以解决智能开关从母线上取能导致三相不平衡的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：

本实用新型的一种集成型智能开关的无线供电系统，包括用于与母线一次侧三相分别相连的三相变压器、输出整流电路、传输电路以及与智能电网设备供电接口相连的输出接口；其中，三相变压器副边通过所述传输电路与输出整流电路输入端相连，输出整流电路输出端连接输出接口。

本实用新型从一次侧利用三相变压器从三相母线上取电，避免了导致母线三相不平衡，此外一次侧母线电压稳定，取电的电能质量高。

进一步的，所述传输电路包括原边谐振电路、耦合电路和副边谐振电路，原边谐振电路输入端连接三相变压器副边，原边谐振电路输出端连接耦合电路原边，副边谐振电路输入端连接耦合电路副边，副边谐振电路输出端连接所述输出整流电路。

本实用新型进一步利用谐振原理实现大功率和高效率的将电能远距离传输，较为彻底的实现高低压之间的电气隔离。

进一步的，还包括将所述三相变压器输出频率转换为高频的高频转换电路，所述三相变压器副边通过高频转换电路连接原边谐振电路输入端。

高频传输进一步使传输效率最大化。

进一步的，所述高频转换电路包括三相整流电路和高频逆变电路，三相整流电路输入端连接三相变压器副边，三相整流电路输出端连接高频逆变电路输入端，高频逆变电路输出端连接原边谐振电路输入端。

采用了可控硅的高频逆变电路产生高频，实现了高频可控

进一步的，所述三相整流电路为全桥不控整流电路。

进一步的，所述耦合电路包括耦合线圈。

进一步的，还包括反馈电路，所述反馈电路包括控制器，所述控制器通过采集线路连接输出接口以采集输出电压，同时控制器通过控制线路连接高频逆变电路以实现对逆变的PWM控制。

利用反馈电路进行反馈调节，进一步提升输出电能质量。

进一步的，所述控制器包括原边控制器和副边控制器，副边控制器采集连接输出接口，原边控制器控制连接高频逆变电路，原边控制器与副边控制器无线通信连接。

反馈回路中，反馈信号通过无线传输，进一步增强了强弱电的隔离。

附图说明

图1是本实用新型系统框图；

图2是本实用新型三相变压器和三相整流电路图；

图3是本实用新型无线传输电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

近年来，电源技术迅速发展，科学家通过无线传输方法实现电能的无线供电从而实现电路前级和后级的电气完全隔离。磁场耦合式又分为谐振式和感应式，其中，磁耦合谐振式无线电能传输大量的研究主要利用谐振原理，实现电能在中、远距离传输时有较大的功率和较高的效率。它与磁耦合感应式无线电能传输技术相比，具有传输距离较远，且不受中间非磁性障碍物影响的优点，是一种应用前景更广、使用更加便捷的新型无线电能传输技术。

本实用新型的无线供电系统从母线一次侧取电，适合用于为智能开关、智能传感器等智能电网设备的用电系统供电。本实用新型通过三相变压器从三相母线上取电，整流后传输供给用电系统使用。同时为了实现高低压电源之间的电气隔离，中间电能通过无线的方式传输，无线充电原理是通过谐振将电能在一端激发并传输到另一端，再整流后为用电系统供电。

本实用新型的总体系统如图1所示，包括：三相变压器、三相不控整流器、高频逆变桥、原边和副边补偿网络、副边整流电路、供电对象。具体的，首先通过三相变压器取电再获得需要的电压等级，然后通过三相整流和高频逆变产生高频交流，高频交流通过线圈谐振将电能传输到副边线圈，副边线圈的高频交流经过整流后供给用电系统，为智能电网设备的微控制器以及各种传感器供给电能。

本实用新型的无线供电系统主要包括如下两部分。

(1)380V交直转换部分。

380V交直转换部分如图2所示。一二次深度融合高压智能开关采用单相供电将导致三相电位不平衡，需采用三相整流技术，得到直流电压。本系统为了实现设计简单、可靠性较高，在原边尽可能的降低弱电控制参与，三相整流采用全桥不控整流。在前级加入三相降压变压器经过数学推算，计算出匝数比，从而将380V电压降至可为后级电路供电电压范围。

(2)无线充电系统部分

无线充电系统部分如图3所示。通过三相整流器得到直流电压U_dc，但是无线充电原理要求电能传输需要电源为交流信号，为此将直流经过逆变产生交流电源，由于高频使得传输过程中传输效率最大化，因此采用高频逆变桥。在耦合线圈的原副边加入补偿网络，使得电路处于谐振状态，有利于电能的远距离传输。

副边电路相当于前级传过来的高频电源，而智能电网中的用电设备例如控制器以及传感器都为低压直流供电，需要将电源再进行整流，最后的电源直接为负载供电。在设计补偿网络元器件参数过程中，根据频率将参数设计在合理范围之内，实现有效的隔离强电对弱电的相互影响。

电能输出端反馈回输出电压到副边控制器，副边控制器发出无线控制信号到原边控制器，原边控制器输出PWM控制信号驱动高频逆变桥中的晶闸管实现本实用新型的无线供电系统的反馈控制。

由于目前二次供电主要是通过三相电源一路取电，这将会造成三相不平衡。同时以往强电与弱电电源并未分开，不仅会引起电气干扰，而且容易造成对二次电源系统造成无法逆转的伤害，本次设计可以有效避免三相电源震荡并且实现一次侧和二次侧的电气完全隔离，极大的提高二次侧电源的可靠性。

Claims (8)

1.一种集成型智能开关的无线供电系统，其特征在于，包括用于与母线一次侧三相分别相连的三相变压器、输出整流电路、传输电路以及与智能电网设备供电接口相连的输出接口；其中，三相变压器副边通过所述传输电路与输出整流电路输入端相连，输出整流电路输出端连接输出接口。

2.根据权利要求1所述的集成型智能开关的无线供电系统，其特征在于，所述传输电路包括原边谐振电路、耦合电路和副边谐振电路，原边谐振电路输入端连接三相变压器副边，原边谐振电路输出端连接耦合电路原边，副边谐振电路输入端连接耦合电路副边，副边谐振电路输出端连接所述输出整流电路。

3.根据权利要求2所述的集成型智能开关的无线供电系统，其特征在于，还包括将所述三相变压器输出频率转换为高频的高频转换电路，所述三相变压器副边通过高频转换电路连接原边谐振电路输入端。

4.根据权利要求3所述的集成型智能开关的无线供电系统，其特征在于，所述高频转换电路包括三相整流电路和高频逆变电路，三相整流电路输入端连接三相变压器副边，三相整流电路输出端连接高频逆变电路输入端，高频逆变电路输出端连接原边谐振电路输入端。

5.根据权利要求4所述的集成型智能开关的无线供电系统，其特征在于，所述三相整流电路为全桥不控整流电路。

6.根据权利要求5所述的集成型智能开关的无线供电系统，其特征在于，所述耦合电路包括耦合线圈。

7.根据权利要求6所述的集成型智能开关的无线供电系统，其特征在于，还包括反馈电路，所述反馈电路包括控制器，所述控制器通过采集线路连接输出接口以采集输出电压，同时控制器通过控制线路连接高频逆变电路以实现对逆变的PWM控制。

8.根据权利要求7所述的集成型智能开关的无线供电系统，其特征在于，所述控制器包括原边控制器和副边控制器，副边控制器采集连接输出接口，原边控制器控制连接高频逆变电路，原边控制器与副边控制器无线通信连接。

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